DE102009003545A1 - A method of preparing a blend for a PTFE membrane with metal oxides and related compositions - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Mischung, die bei der Herstellung einer Polytetrafluorethylen (PTFE)-Membran eingesetzt wird, die Metalloxid(e) einschließt. Die Mischung schließt PTFE-Harz, ein Schmiermittel und ein Metalloxid ein. Die Mischung kann weiter zur Bildung einer PTFE-Membran verarbeitet werden.A process for preparing a blend used in the manufacture of a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane which includes metal oxide (s). The mixture includes PTFE resin, a lubricant and a metal oxide. The mixture can be further processed to form a PTFE membrane.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich allgemein auf das Herstellen einer Membran aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE), die Metalloxid(e) enthält.embodiments The present invention relates generally to manufacturing a membrane of expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE), the Contains metal oxide (s).
Materialien, die Polytetrafluorethylen (PTFE) einschließen, sind im Stande der Technik bekannt. PTFE hat verschiedene wohl begründete Anwendungen, einschließlich, z. B., Anwendungen, die Schmierfähigkeit erfordern (z. B. Lager, Buchsen usw.) und Anwendungen, die eine poröse Membran erfordern. Diese Membran-Anwendungen können, z. B., Filtration, Entlüften und/oder Diffusions/Sperr-Anwendungen einschließen. Filtration kann Scheiben oder Folien benutzen.Materials, which include polytetrafluoroethylene (PTFE) are in the Known in the art. PTFE has several well-founded ones Applications, including, e.g. For example, applications that require lubricity (eg bearings, bushes, etc.) and applications that are porous Require membrane. These membrane applications can, for. B., filtration, venting and / or diffusion / barrier applications lock in. Filtration can use discs or foils.
Additive
enthaltende PTFE-Produkte sind bekannt. Siehe, z. B.,
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Polytetrafluorethylen- Membran, die Metalloxid(e) umfasst. Das Verfahren kann die Stufen umfassen: (a) Vermischen eines, ein Gewicht aufweisenden Polytetrafluorethylenharzes, eines, ein Gewicht aufweisenden Schmiermittels und eines, ein Gewicht aufweisenden Metalloxids, wobei das Gewicht des Schmiermittels zwischen 15 und 25 Prozent des Gewichtes des Polytetrafluorethylenharzes umfasst und das Gewicht des Metalloxids bis zu 10 Gewichtsprozent des Gewichtes des Polytetrafluorethylenharzes umfasst, und wobei das Metalloxid mindestens eine Abmessung von weniger als 100 nm aufweist; (b) Bilden einer, eine Mischung des Polytetrafluorethylenharzes, des Schmiermittels und des Metalloxids umfassenden Vorform; (c) Extrudieren der Vorform zum Bilden eines Bandes mit einer Dicke zwischen 1 und 100 mil; (d) Kalandrieren des Bandes zum Erleichtern der Verdampfung des Schmiermittels; (e) Spannen des Bandes durch biaxiales Recken in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung liegt, um eine Membran zu bilden, und (f) Sintern der Membran bei einer Temperatur zwischen 400°F und 750°F für eine Zeitdauer zwischen 1 und 120 Sekunden, wobei die Membran nach dem Sintern eine Dicke zwischen 0,05 und 20 mil aufweist.A Embodiment of the present invention is a method for producing a polytetrafluoroethylene membrane, the metal oxide (s) includes. The method may include the steps of: (a) mixing a weight-bearing polytetrafluoroethylene resin, one, a weighted lubricant and one having a weight Metal oxides, wherein the weight of the lubricant between 15 and 25 percent of the weight of the polytetrafluoroethylene resin and the weight of the metal oxide up to 10 weight percent of the weight of the polytetrafluoroethylene resin, and wherein the metal oxide has at least one dimension of less than 100 nm; (b) forming one, a mixture of the polytetrafluoroethylene resin, the lubricant and the metal oxide-containing preform; (c) extruding the preform for forming a tape having a thickness between 1 and 100 mils; (d) calendering the ribbon to facilitate evaporation of the ribbon lubricant; (e) tension the tape by biaxially stretching in a first direction and in a second direction, the vertical to the first direction to form a membrane, and (f) sintering the membrane at a temperature between 400 ° F and 750 ° F for a period of between 1 and 120 seconds, with the Membrane after sintering has a thickness between 0.05 and 20 mil.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Einbringen eines Metalloxids in eine Mischung, umfassend ein Polytetrafluorethylenharz und ein Schmiermittel. Das Verfahren kann die Stufen umfassen: (a) Vermischen des Polytetrafluorethylenharzes mit dem Schmiermittel in einem V-Mischer für eine Zeitdauer zwischen 1 und 60 Minuten, um eine Harz/Schmiermittel-Mischung zu bilden; (b) Einziehenlassen der Harz/Schmiermittel-Mischung für eine Zeitdauer zwischen 1 und 120 Stunden, und (c) Mischen der Harz-Schmiermittelmischung mit dem Metalloxid in einem V-Mischer für eine Zeitdauer zwischen 1 und 60 Minuten, wobei ein Gewicht des Schmiermittels zwischen 15 und 25 Prozent eines Ge wichtes des Polytetrafluorethylenharzes und ein Gewicht des Metalloxids bis zu 10 Prozent des Gewichtes des Polytetrafluorethylenharzes umfasst, und worin das Metalloxid mindestens eine Abmessung von weniger als 100 nm aufweist.A Embodiment of the present invention is a method for introducing a metal oxide into a mixture comprising Polytetrafluoroethylene resin and a lubricant. The procedure can the steps include: (a) mixing the polytetrafluoroethylene resin with the lubricant in a V-mixer for a period of time between 1 and 60 minutes to add a resin / lubricant mixture form; (b) drawing in the resin / lubricant mixture for a period of between 1 and 120 hours, and (c) mixing the resin-lubricant mixture with the metal oxide in a V-mixer for a period of time between 1 and 60 minutes, with a weight of the lubricant between 15 and 25 percent of a weight of the polytetrafluoroethylene resin and a weight of the metal oxide up to 10 percent of the weight of the polytetrafluoroethylene resin, and wherein the metal oxide has at least one dimension of less than 100 nm.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Zusammensetzung, umfassend: ein Polytetrafluorethylenharz, ein Schmiermittel, umfassend ein isoparaffinisches Lösungsmittel, und ein Metalloxid, worin ein Gewicht des Schmiermittels zwischen 15 und 25 Prozent eines Gewichtes des Polytetrafluorethylenharzes umfasst und ein Gewicht des Metalloxids bis 10 Prozent des Gewichtes des Polytetrafluorethylenharzes umfasst, und worin das Metalloxid mindestens eine Abmessung von weniger als 100 nm und eine spezifische. Oberfläche von mehr als 50 m2/g aufweist.One embodiment of the present invention is a composition comprising: a polytetrafluoroethylene resin, a lubricant comprising an isoparaffinic solvent, and a metal oxide wherein a weight of the lubricant comprises between 15 and 25 percent by weight of the polytetrafluoroethylene resin and a weight of the metal oxide of up to 10 percent of the weight Weight of the polytetrafluoroethylene resin, and wherein the metal oxide at least a dimension of less than 100 nm and a specific. Surface of more than 50 m 2 / g.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION
Gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung können in Beziehung gesetzt werden zum Extrudieren von Polytetrafluorethylen (PTFE), das Metalloxid-Nano-Komposits einschließt, zu Band und dann Umwandeln des extrudierten PTFE-Bandes in eine Membran durch biaxiales Recken.Certain Aspects of the present invention may be related be set to extrude polytetrafluoroethylene (PTFE), which includes metal oxide nano-composite, to tape and then converting the extruded PTFE tape into a membrane biaxial stretching.
In gewissen Ausführungsformen kann eine Kombination von PTFE und Metalloxid(en) (z. B. Nano-Komposits) durch Dispergieren von Metalloxid(en), wie Titandioxid (TiO2), Zinkoxid (ZnO), Aluminiumoxiden (Al2O3), Magnesiumoxid (MgO), Silberoxid (AgO) und anderen Nano-Materialien in eine PTFE-Harz enthaltende Mischung hergestellt werden. Das PTFE-Verbundmaterial kann dann zu Band extrudiert und durch biaxiales Recken in eine Membran umgewandelt werden.In certain embodiments, a combination of PTFE and metal oxide (s) (e.g., nano-composites) may be prepared by dispersing metal oxide (s) such as titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), aluminum oxides (Al 2 O 3 ), Magnesium oxide (MgO), silver oxide (AgO) and other nano-materials are prepared in a PTFE resin-containing mixture. The PTFE composite may then be extruded into ribbon and converted to a membrane by biaxial stretching.
Geeignete Metalloxide können, z. B., Kupfer(I)oxid (Cu2O); Silber(I)oxid (Ag2O); Thalliumoxid (Ti2O); Natriumoxid (Na2O); Aluminummonoxid (AlO); Bariumoxid (BaO); Berylliumoxid (BeO); Cadmiumoxid (CdO); Calciumoxid (CaO); Cobalt(II)oxid (CoO); Kupfer(II)oxid (CuO); Eisen(II)oxid (FeO); Magnesiumoxid (MgO); Quecksilber(II)oxid (HgO); Nickel(II)oxid (NiO); Palladium(II)oxid (PdO); Silber(II)oxid (AgO); Strontiumoxid (SrO); Zinn(II)oxid (SnO); Titan(II)oxid (TiO); Vanadium(II)oxid (VO); Zinkoxid (ZnO); Aluminiumoxid (Al2O3); Antimontrioxid (Sb2O3); Wismuttrioxid (Bi2O3); Chrom(III)oxid (Cr2O3); Erbium(III)oxid (Er2O3); Gadolinium(III)oxid (Gd2O3); Gallium(III)oxid (Ga2O3); Holmium(III)oxid (Ho2O3); Indium(III)oxid (In2O3); Eisen(III)oxid (Fe2O3); Lanthan(III)oxid (La2O3); Lutetium(III)oxid (Lu2O3); Nickel(III)oxid (Ni2O3); Promethium(III)oxid (Pm2O3); Rhodium(III)oxid (Rh2O3); Samarium(III)oxid (Sm2O3); Scandium(III)oxid (Sc2O3); Terbium(III)oxid (Tb2O3); Thallium(III)oxid (Tl2O3); Thulium(III)oxid (Tm2O3); Titan(III)oxid (Ti2O3); Wolfram(III)oxid (W2O3); Vanadium(III)oxid (V2O3); Ytterbium(III)oxid (Yb2O3); Yttrium(III)oxid (Y2O3); Cer(IV)oxid (CeO2); Chrom(IV)oxide (CrO2); Germaniumdioxid (GeO2); Hafnium(IV)oxid (HfO2); Mangan(IV)oxid (MnO2); Plutoniumdioxid (PuO2); Ruthenium(IV)oxid (RuO2); Thoriumdioxide (ThO2); Zinndioxid (SnO2); Titandioxid (TiO2); Wolfram(IV)oxid (WO2); Vanadium(IV)oxid (VO2); Zirkoniumdioxid (ZrO2); Antimonpentoxid (Sb2O5); Tantalpentoxid (Ta2O5); Vanadium(V)oxid (V2O5); Chromtrioxid (CrO3); Molybdän(VI)oxid (MoO3); Rheniumtrioxid (ReO3); Wolframtrioxid (WO3); Mangan(VII)oxid (Mn2O7); Rhenium(VII)oxid (Re2O7); Osmiumtetraoxid (OsO4); Rutheniumtetraoxid (RuO4); und Permutationen und Kombinationen solcher (und anderer) Metalloxide einschließen.Suitable metal oxides may, for. B., copper (I) oxide (Cu 2 O); Silver (I) oxide (Ag 2 O); Thallium oxide (Ti 2 O); Sodium oxide (Na 2 O); Aluminum oxide (AlO); Barium oxide (BaO); Beryllium oxide (BeO); Cadmium oxide (CdO); Calcium oxide (CaO); Cobalt (II) oxide (CoO); Cupric oxide (CuO); Ferric oxide (FeO); Magnesium oxide (MgO); Mercury (II) oxide (HgO); Nickel (II) oxide (NiO); Palladium (II) oxide (PdO); Silver (II) oxide (AgO); Strontium oxide (SrO); Stannous oxide (SnO); Titanium (II) oxide (TiO); Vanadium (II) oxide (VO); Zinc oxide (ZnO); Alumina (Al 2 O 3 ); Antimony trioxide (Sb 2 O 3 ); Bismuth trioxide (Bi 2 O 3 ); Chromium (III) oxide (Cr 2 O 3 ); Erbium (III) oxide (Er 2 O 3 ); Gadolinium (III) oxide (Gd 2 O 3 ); Gallium (III) oxide (Ga 2 O 3 ); Holmium (III) oxide (Ho 2 O 3 ); Indium (III) oxide (In 2 O 3 ); Ferric oxide (Fe 2 O 3 ); Lanthanum (III) oxide (La 2 O 3 ); Lutetium (III) oxide (Lu 2 O 3 ); Nickel (III) oxide (Ni 2 O 3 ); Promethium (III) oxide (Pm 2 O 3 ); Rhodium (III) oxide (Rh 2 O 3 ); Samarium (III) oxide (Sm 2 O 3 ); Scandium (III) oxide (Sc 2 O 3 ); Terbium (III) oxide (Tb 2 O 3 ); Thallium (III) oxide (Tl 2 O 3 ); Thulium (III) oxide (Tm 2 O 3 ); Titanium (III) oxide (Ti 2 O 3 ); Tungsten (III) oxide (W 2 O 3 ); Vanadium (III) oxide (V 2 O 3 ); Ytterbium (III) oxide (Yb 2 O 3 ); Yttrium (III) oxide (Y 2 O 3 ); Cerium (IV) oxide (CeO 2 ); Chromium (IV) oxides (CrO 2 ); Germanium dioxide (GeO 2 ); Hafnium (IV) oxide (HfO 2 ); Manganese (IV) oxide (MnO 2 ); Plutonium dioxide (PuO 2 ); Ruthenium (IV) oxide (RuO 2 ); Thorium dioxides (ThO 2 ); Tin dioxide (SnO 2 ); Titanium dioxide (TiO 2 ); Tungsten (IV) oxide (WO 2 ); Vanadium (IV) oxide (VO 2 ); Zirconia (ZrO 2 ); Antimony pentoxide (Sb 2 O 5 ); Tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ); Vanadium (V) oxide (V 2 O 5 ); Chromium trioxide (CrO 3 ); Molybdenum (VI) oxide (MoO 3 ); Rhenium trioxide (ReO 3 ); Tungsten trioxide (WO 3 ); Manganese (VII) oxide (Mn 2 O 7 ); Rhenium (VII) oxide (Re 2 O 7 ); Osmium tetraoxide (OsO 4 ); Ruthenium tetraoxide (RuO 4 ); and permutations and combinations of such (and other) metal oxides.
Eine Metalloxid(e) enthaltende Membran kann eine hohe Porosität/Oberfläche aufweisen und kann, zumindest in einigen Fällen, bei der Dekontaminierung chemischer und/oder biologischer Mittel eingesetzt werden. So können, z. B., Silberoxid und Magnesiumoxid antimikrobielle Eigenschaften verleihen. In einem anderen Beispiel kann Silberoxid (umgewandelt in Ag+, wenn in Kontakt mit Wasser, einschließlich, z. B., Körperflüssigkeiten, wie Schweiß) Mikroorganismen abtöten.A membrane containing metal oxide (s) may have a high porosity / surface area and may, at least in some cases, be used in the decontamination of chemical and / or biological agents. So can, for. B., silver oxide and magnesium oxide antimicrobial properties. In another example, silver oxide (converted to Ag + when in contact with water, including, for example, body fluids such as perspiration) can kill microorganisms.
In einigen Fällen können die Metalloxid-Nanoteilchen Eigenschaften verleihen, wie erhöhte Abriebsbeständigkeit, erhöhte Zugfestigkeit, erhöhten Zugmodul usw., die die mechanische Stabilität und/oder Haltbarkeit der Membran fördern können.In In some cases, the metal oxide nanoparticles Impart properties such as increased abrasion resistance, increased tensile strength, increased tensile modulus, etc., the mechanical stability and / or durability of the Can promote membrane.
In gewissen Ausführungsformen können, z. B., das(die) Metalloxid(e) kleine Teilchen mit mindestens einer Abmessung von weniger als 100 nm sein. Vorzugsweise hat/haben das/die Metalloxid(e) mindestens eine Abmessung von weniger als 50 nm und noch bevorzugter haben die Teilchen mindestens eine Abmessung von weniger als 30 nm. Geeignete Nanoteilchen können ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen (oder Masse) aufweisen. So können, z. B., geeignete Nanoteilchen eine spezifische Oberfläche von mehr als 10 m2/g, mehr als 50 m2/g oder mehr als 90 m2/g aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die spezifische Oberfläche etwa 100 m2/g betragen. Ein geeignetes anorganisches poröses Material kann Zinkoxid-Nanopulver umfassen, das von Aldrich Chemical Co. erhältlich ist.In certain embodiments, e.g. For example, the metal oxide (s) may be small particles having at least one dimension of less than 100 nm. Preferably, the metal oxide (s) have at least a dimension of less than 50 nm, and more preferably, the particles have at least a dimension of less than 30 nm. Suitable nanoparticles may have a high surface to volume (or mass) ratio. So can, for. B., suitable nanoparticles have a specific surface area of more than 10 m 2 / g, more than 50 m 2 / g or more than 90 m 2 / g. In some embodiments, the specific surface area may be about 100 m 2 / g. A suitable inorganic porous material may include zinc oxide nanopowder available from Aldrich Chemical Co.
In bevorzugten Ausführungsformen beziehen sich gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer ein Metalloxid enthaltenden PTFE-Membran. Im Allgemeinen können die Stufen eine oder mehrere der folgenden Stufen einschließen: (1) Vermischen von PTFE-Harz mit einem Schmiermittel, dann Einziehenlassen der Harz/Schmiermittel-Mischung; (2) Vermischen der Harz/Schmiermittel-Mischung mit einem Metalloxid, wie Zinkoxid-Nanopulver; (3) Vorformen der feuchten Mischung zu einem Barren bzw. Knüppel; (4) Extrudieren der Mischung zu Band; (5) Kalandrieren des Bandes; (6) biaxiales Recken des Bandes zur Bildung einer Membran und (7) Sintern der Membran zum Stabilisieren ihrer Mikrostruktur.In preferred embodiments relate to certain aspects the present invention to a method for producing a a metal oxide-containing PTFE membrane. In general, you can the stages include one or more of the following stages: (1) Mix PTFE resin with a lubricant, then let it retract the resin / lubricant mixture; (2) Mixing the resin / lubricant mixture with a metal oxide such as zinc oxide nanopowder; (3) preforming the wet mixture to a bar or billet; (4) Extrude the mix to band; (5) calendering the tape; (6) biaxial Stretching the ribbon to form a membrane; and (7) sintering the ribbon Membrane for stabilizing its microstructure.
Aufgrund des Einsatzes eines Schmiermittels, das nach der Anwendung von Wärme aus dem Extrudat entfernt ist, kann dieses Verfahren allgemein als „Nass-Verfahren" und nicht als „Trocken-Verfahren" (das allgemein auf reibungsfreiem Luftvermischen in einer Umgebung ohne Scherkraft beruht) bezeichnet werden.by virtue of the use of a lubricant after the application of heat removed from the extrudate, this process can generally be described as a "wet process" and not as a "dry process" (which is generally based on non-friction Air mixing in a non-shear environment) become.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein geeignetes PTFE-Harz Dupont Teflon® PTFE 601A, erhältlich von E. I. du Pont de Nemours und Co. Andere PTFE-Harze können Daikin F107, Dupont 603A und/oder Dupont 60A umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform schließt ein geeignetes Schmiermittel eine Flüssigkeit auf Kohlenwasserstoffgrundlage ein, wie die Isoparaffin-Lösungsmittel, die unter dem Handelsnamen Isopar von Exxon Mobil Chemical Co. vertrieben werden. Ein bevorzugtes Schmiermittel kann Isopar K, Isopar M und/oder Isopar G umfassen. Das PTFE-Harzpulver kann mit dem Schmiermittel in einem V-Mischer für 1 bis 60 Minuten (vorzugsweise etwa 30 Minuten) vermischt werden, z. B. bis die Mischung geeignet homogen ist. In gewissen Ausführungsformen können die Gewichtsprozentsatz des Schmiermittels im Bereich zwischen 15 und 25% (und allen Unterbereichen dazwischen) des Gewichtes des Harzes liegen. Diese Gewichtsprozent, die üblicherweise als die „Schmiermittel(Lube)-Rate" bekannt sind, können, z. B., in Abhängigkeit von den spezifischen Verarbeitungs-Parametern der beim Extrudieren benutzten Ausrüstung variieren.In an exemplary embodiment, a suitable PTFE resin comprises Dupont Teflon® PTFE 601A available from EI du Pont de Nemours and Co. Other PTFE resins may include Daikin F107, Dupont 603A and / or Dupont 60A. In an exemplary embodiment, a suitable lubricant includes a hydrocarbon-based liquid such as the isoparaffinic solvents sold under the tradename Isopar by Exxon Mobil Chemical Co. A preferred lubricant may include Isopar K, Isopar M and / or Isopar G. The PTFE resin powder may be mixed with the lubricant in a V-blender for 1 to 60 minutes (preferably about 30 minutes), e.g. B. until the mixture is suitably homogeneous. In certain embodiments, the weight percent of the lubricant may range between 15 and 25% (and all sub-ranges therebetween) of the weight of the resin. These weight percentages, commonly known as the "lubricant (lube) rate", may vary, for example, depending on the specific processing parameters of the equipment used in the extrusion ming.
Das Einziehenlassen findet nach dem Vermischen statt und die Harz/Schmiermittel-Mischung kann für 18 Stunden bei einer Temperatur von 90°F gehalten werden. In gewissen Ausführungsformen kann die Temperatur höher (z. B. 200°F) oder geringer sein (z. B. 40°F) und die Zeit kann kürzer (z. B. 1 Stunde) oder länger (z. B. 120 Stunden) sein. In anderen Ausführungsformen kann das Einziehenlassen („Wicking") wahlweise erfolgen.The Retraction takes place after mixing and the resin / lubricant mixture can last for 18 hours at a temperature of 90 ° F being held. In certain embodiments, the Temperature higher (eg 200 ° F) or lower (eg 40 ° F) and the time may be shorter (eg 1 Hour) or longer (eg 120 hours). In other Embodiments may include "wicking" optionally done.
Die eingezogene Harz/Schmiermittel-Mischung kann dann mit Metalloxid unter Einsatz eines V-Mischers, z. B. bei Umgebungstemperatur für 1 bis 60 Minuten, vorzugsweise zwischen 15 und 30 Minuten, vermischt werden. In einigen Ausführungsformen umfasst das Metalloxid bis zu 10 Gew.-% des PTFE-Harzes. In anderen Ausführungsformen umfasst das Metalloxid bis zu 5 Gew.-% des PTFE-Harzes. In noch anderen Ausführungsformen umfasst das Metalloxid bis zu 3 Gew.-% des PTFE-Harzes.The retracted resin / lubricant mixture can then with metal oxide using a V-mixer, z. B. at ambient temperature for 1 to 60 minutes, preferably between 15 and 30 minutes, mixed become. In some embodiments, the metal oxide comprises up to 10% by weight of the PTFE resin. In other embodiments For example, the metal oxide comprises up to 5% by weight of the PTFE resin. In still In other embodiments, the metal oxide comprises up to 3 wt .-% of the PTFE resin.
In gewissen Ausführungsformen kann das Schmiermittel das Dispergieren des/der Metalloxid(s)/oxide unterstützen. In gewissen Ausführungsformen kann das Metalloxid mit dem Harz und/oder Schmiermittel in verschiedenen Permutationen vermischt werden. So können sie z. B. alle gleichzeitig miteinander vermischt werden oder das Schmiermittel und Metalloxid können vor dem Vermischen mit dem PTFE-Harz vermischt werden.In In certain embodiments, the lubricant may be dispersing of the metal oxide (s) / oxides. In certain embodiments For example, the metal oxide can be mixed with the resin and / or lubricant in various ways Permutations are mixed. So they can z. For example, all be mixed together at the same time or the lubricant and metal oxide may be mixed with the PTFE resin before mixing be mixed.
Die Harz/Schmiermittel/Additiv-Mischung kann dann vorgeformt werden, z. B. durch Einfüllen in einen Zylinder und dann Pressen unter Druck zum Bilden einer Vorform. In einigen Ausführungsformen kann der Zylinder 50 Zoll aufweisen und ein Druck von 150 psi wird benutzt, um die Mischung bei Umgebungstemperatur in die Vorform zu drücken. Es können natürlich andere Verfahrens-Parameter ebenfalls benutzt werden.The Resin / lubricant / additive mixture can then be preformed z. B. by filling in a cylinder and then pressing under pressure to form a preform. In some embodiments For example, the cylinder may have 50 inches and a pressure of 150 psi used to mix the mixture at ambient temperature in the preform to press. Of course, others can Procedure parameters are also used.
Die Vorform kann dann zu Band extrudiert werden, z. B. mit einem Kolben-Extruder. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Extrusion bei einer Temperatur zwischen 80°F und 100°F und mit einer Rate zwischen 80 und 120 in/min. Die Enddicke des Bandes kann zwischen 1 und 100 mil, vorzugsweise zwischen 5 und 75 mil und noch bevorzugter zwischen 10 und 40 mil, variieren. Natürlich können auch andere Verfahrens-Parameter benutzt werden.The Preform can then be extruded to tape, z. B. with a piston extruder. In some embodiments, extrusion occurs at a temperature between 80 ° F and 100 ° F and with a rate between 80 and 120 in / min. The final thickness of the tape can between 1 and 100 mils, preferably between 5 and 75 mils and still more preferably between 10 and 40 mils. Naturally Other process parameters can also be used.
Nach der Extrusion kann das Band dann kalandriert werden, indem man die Mischung durch heiße Kalanderrollen führt, um den Erhalt der Bandgleichmäßigkeit sowie die Verdampfung des Schmiermittels zu erlleichtern. Das Kalandrieren kann bei einer Temperatur zwischen 300°F und 400°F und bei einer Rate zwischen 10 und 20 ft/min erfolgen. Die Kalanderrollen können 20 Zoll breit sein und die Kalanderrollen können einen Abstand zwischen 10 und 17 mil aufweisen. Natürlich können auch andere Verfahrens-Parameter benutzt werden.To In extrusion, the tape can then be calendered by passing the tape Mix by hot calender rolls leads to the preservation of the band uniformity as well as the evaporation lubricating the lubricant. The calendering can at a Temperature between 300 ° F and 400 ° F and at a Rate between 10 and 20 ft / min. The calender rolls can 20 inches wide and the calender rolls can be one Distance between 10 and 17 mil. Of course you can also other method parameters are used.
Nach dem Kalandrieren kann das Band durch Aufspannen zu einer Membran geformt werden. Während dieses Prozesses wird das Band biaxial gereckt, um eine dünne Membran zu bilden. Vorzugsweise erfolgt das Recken mit einer Geschwindigkeit zwischen 30 ft/min und 80 ft/min. Vorzugsweise erfolgt das Recken mehrere Male, selbst in der gleichen Richtung. So kann, z. B., das Band zwischen 1- und 20-mal (vorzugsweise zwischen 10- und 12-mal) in der Querrichtung und zwischen 1- und 5-mal (vorzugsweise dreimal) in der Maschinenrichtung gereckt werden. Es können verschiedene Temperaturen benutzt werden, z. B., zwischen 150°F und 800°F, wie, z. B., bei 200°F, bei 500°F, bei 650°F oder bei 700°F. Diese Temperaturen können erhöht werden oder in anderer Weise mit den Reckzyklen variieren.To The band can be calendered by clamping into a membrane be formed. During this process, the tape becomes biaxially stretched to form a thin membrane. Preferably the stretching takes place at a speed between 30 ft / min and 80 ft / min. Preferably, the stretching is done several times, even in the same direction. So can, for. B., the band between 1- and 20 times (preferably between 10 and 12 times) in the transverse direction and between 1 and 5 times (preferably 3 times) in the machine direction to be stretched. Different temperatures can be used be, for. B., between 150 ° F and 800 ° F, like, z. At 200 ° F, at 500 ° F, at 650 ° F or at 700 ° F. These temperatures can be increased or otherwise vary with the stretching cycles.
Nach dem Spannen kann die Membran wärmebehandelt werden, um die Mikrostruktur einer Membran zu stabilisieren. Dieses Sintern kann in einem Ofen bei einer Temperatur zwischen 400°F und 750°F, vorzugsweise zwischen 650°F und 750°F, für eine Zeitdauer zwischen 1 und 120 Sekunden und vorzugsweise zwischen 10 und 30 Sekunden erfolgen. Die Enddicke der Membran kann im Bereich zwischen 0,05 und 20 mil (vorzugsweise 2 mil) liegen.To The membrane may be heat treated to tension to stabilize the microstructure of a membrane. This sintering can in an oven at a temperature between 400 ° F and 750 ° F, preferably between 650 ° F and 750 ° F, for a period of time between 1 and 120 seconds, and preferably between 10 and 30 seconds. The final thickness of the membrane can range between 0.05 and 20 mils (preferably 2 mils).
Beispiele wurden gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt.Examples were according to an exemplary embodiment of the present invention.
Beispiel Nr. 1 wurde mit 3 Gew.-% Zinkoxid-Nanopulver (unter Benutzung des Gewichtes des PTFE-Harzes als Basis) zubereitet. Das benutzte PTFE-Harz war Dupont Teflon® PTFE 601A und das Schmiermittel war Isopar K. Die resultierenden Membranen wurden mit den Spezifikationen für zwei von GE Energy erhältlichen PTFE-Membranen: QMO8 und QMO11, verglichen.Example # 1 was prepared with 3 wt% zinc oxide nanopowder (using the weight of the PTFE resin as the base). The PTFE resin used was Dupont Teflon® PTFE 601A and the lubricant was Isopar K. The resulting membranes were compared to the specifications for two PTFE membranes available from GE Energy: QMO8 and QMO11.
Beispiel 1example 1
Feines DuPont 601A-Harzpulver wurde mit 20 Gew.-% Isopar K unter Benutzung eines V-Mischers bei Umgebungsbedingungen für etwa 30 min vermischt. Die Harz/Isopar-Mischung wurde 24 Stunden lang bei 90°F einziehen gelassen. Die eingezogene PTFE/Isopar-Mischung wurde mit 3 Gew.-% Zinkoxid-Nanopulver unter Einsatz eines V-Mischers für etwa 15 min vermengt. Das Harz/Isopar/Zinkoxid wurde durch Druck von 150 psi unter Einsatz einer Barren- bzw. Knüppelpresse in zylindrische Form (Vorform) gebracht. Die Vorform wurde bei einer Temperatur von 80°F unter Einsatz eines Kolben-Extruders zu einem Band extrudiert. Das Isopar wurde aus dem Band durch Hindurchführen des Bandes durch eine Reihe heißer Kalanderwalzen bei einer Temperatur von 200°F entfernt. Das Band wurde biaxial gereckt, um eine poröse PTFE-Membran zu erhalten (zweimal in Maschinenrichtung und achtmal in der Querrichtung gereckt). Die Mikrostruktur der PTFE-Membran wurde durch Anwenden von Wärme bei einer Temperatur von 680°F stabilisiert.fine DuPont 601A resin powder was used with 20% by weight of Isopar K of a V-mixer at ambient conditions for about 30 minutes mixed. The resin / Isopar mixture was heated at 90 ° F for 24 hours let move in. The retracted PTFE / Isopar mixture was washed with 3 wt .-% zinc oxide nanopowders using a V-mixer for mixed for about 15 minutes. The resin / isopar / zinc oxide was pressurized 150 psi using a billet press in cylindrical form (preform) brought. The preform was at a Temperature of 80 ° F using a piston extruder extruded into a ribbon. The Isopar was removed from the belt by passing of the belt through a series of hot calender rolls at one Temperature of 200 ° F away. The tape was stretched biaxially, to obtain a porous PTFE membrane (twice in the machine direction and stretched eight times in the transverse direction). The microstructure of the PTFE membrane was made by applying heat at a temperature of Stabilized 680 ° F.
Die
Membran wurde gemäß Produkt-Testspezifikationen
getestet und mit im Handel befindlicher GE-Standardmembran verglichen.
Es wurde festgestellt, dass sich das Zinkoxid-Nanopulver-Additiv
gleichmäßig innerhalb der PTFE-Matrix dispergiert
hatte und in der Mikrostruktur verriegelt war.
Zugfestigkeit und Dehnung wurden nach ASTM D5035 und Mullen wurde unter Anwendung von ASTM D751-00 Methode A, Prozedur 1, gemessen.tensile strenght and elongation were according to ASTM D5035 and Mullen was applied from ASTM D751-00 Method A, Procedure 1.
Beispiel 2Example 2
Feines DuPont 603 A-Harzpulver wurde mit 22 Gew.-% Isopar M unter Benutzung eines V-Mischers bei Umgebungsbedingungen für etwa 20 min vermischt. Die Harz/Isopar-Mischung wurde 48 Stunden lang bei 110°F ruhen bzw. einziehen gelassen. Die eingezogene PTFE/Isopar-Mischung wurde mit 7 Gew.-% Zinkoxid-Nanopulver unter Einsatz eines V-Mischers für etwa 30 min vermengt. Das Harz/Isopar/Zinkoxid wurde durch Druck von 100 psi unter Einsatz einer Barren- bzw. Knüppelpresse in zylindrische Form (Vorform) gebracht. Die Vorform wurde bei einer Temperatur von 110°F unter Einsatz eines Kolben-Extruders zu einem Band extrudiert. Das Isopar wurde aus dem Band durch Hindurchführen des Bandes durch eine Reihe heißer Kalanderwalzen bei einer Temperatur von 250°F entfernt. Das Band wurde biaxial gereckt, um eine poröse PTFE-Membran zu erhalten (fünfmal in der Maschinenrichtung und zwölfmal in der Querrichtung gereckt). Die Mikrostruktur der PTFE-Membran wurde durch Anwenden von Wärme bei einer Temperatur von 720°F stabilisiert.fine DuPont 603 A resin powder was used with 22% by weight of Isopar M of a V-mixer at ambient conditions for about 20 minutes mixed. The resin / isopar mixture was heated at 110 ° F for 48 hours rest or move in. The retracted PTFE / Isopar mixture was mixed with 7 wt .-% zinc oxide nanopowder using a V-mixer mixed for about 30 minutes. The resin / isopar / zinc oxide was passed through Pressure of 100 psi using a billet press in cylindrical form (preform) brought. The preform was at a Temperature of 110 ° F using a piston extruder extruded into a ribbon. The Isopar was removed from the belt by passing of the belt through a series of hot calender rolls at one Temperature of 250 ° F away. The tape was stretched biaxially, to obtain a porous PTFE membrane (five times in the machine direction and twelve times in the transverse direction stretched). The microstructure of the PTFE membrane was applied by applying stabilized by heat at a temperature of 720 ° F.
Die Membran wurde gemäß Produkt-Testspezifikationen getestet und mit einer handelsüblichen GE-Standardmembran verglichen. Es wurde festgestellt, dass sich das Zinkoxid-Nanopulver Additiv gleichmäßig in der PTFE-Matrix dispergiert hatte und in der Mikrostruktur verriegelt war.The Membrane was made according to product test specifications tested and with a commercially available GE standard membrane compared. It was found that the zinc oxide nanopowder Additive evenly dispersed in the PTFE matrix had and was locked in the microstructure.
Alle offenbarten und beanspruchten Zahlen und Zahlenbereiche sind etwaig und schließen zumindest eine gewisse Variation und Abweichung ein.All disclosed and claimed numbers and numbers are possible and close at least some variation and deviation one.
Während die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was derzeit für die praktischste und bevorzugte Ausführungsform gehalten wird, sollte klar sein, dass die Er findung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die innerhalb des Geistes und Umfanges der beigefügten Ansprüche eingeschlossen sind.While the invention has been described in connection with what is currently for the most practical and preferred embodiment it should be clear that the invention is not disclosed embodiment is limited but on the contrary, various modifications and equivalents To cover arrangements that are within the spirit and scope of the appended claims.
Verfahren zum Herstellen einer Mischung, die bei der Herstellung einer Polytetrafluorethylen(PTFE)-Membran eingesetzt wird, die Metalloxid(e) einschließt. Die Mischung schließt PTFE-Harz, ein Schmiermittel und ein Metalloxid ein. Die Mischung kann weiter zur Bildung einer PTFE-Membran verarbeitet werden.method for preparing a blend used in the manufacture of a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane is used, which includes metal oxide (s). The mixture includes PTFE resin, a lubricant and a metal oxide one. The mixture can be further processed to form a PTFE membrane.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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